차세대 5G 통신에서의 서비스 재배치 기술
세종대학교 정보보호학과 이종혁
1. 서론
휴대폰을 통한 다양한 서비스를 이용하는 현대인에게 네트워크 기술은 일상을 위해 반드시 필요한 기반 기술이 되었다. 3G 네트워크에서 LTE로 대표되는 4G를 거쳐, 5G 시대가 도래함에 따라, 사람들은 더욱더 빠르고 신뢰 할 수 있는 통신 서비스를 요구하고 있으며 이러한 요구사항을 만족하기 위해 5G 통신에서는 고신뢰/초저지연(URLLC, Ultra-Reliable Low Latency Communication) 서비스 제공을 위해 다양한 연구가 진행되고 있다.
URLLC 서비스 제공을 위한 연구 중, 네트워크 아키텍처 관점에서의 변화가 이루어지고 있는 MEC(Multi-access Edge Computing)가 있다. MEC란 코어(Core) 네트워크에 연결 된 클라우드 서버를 사용자와 물리적으로 가까운 엣지(Edge) 네트워크로 배치한다. 이러한 전진 배치를 통해 높은 수준의 개인형 맞춤 서비스를 제공하는 지능형 서비스 분산 기술이다. 엣지 네트워크에서 서비스를 이용하던 사용자의 단말기(User Equipment)는 당연히 이동성(Mobility)을 가질 수 있으며, 이러한 이동에도 URLLC 서비스를 위해 사용자가 이동한 위치에 필요한 서비스 애플리케이션을 재배치할 수 있어야 한다. MEC에서는 컨테이너(Container) 기술을 이용해 사용자에게 제공하는 서비스를 컨테이너화 하여 엣지 네트워크에서 제공한다.
본 기고문에서는 최근 들어 활발히 연구되고 있는 5G MEC 환경에서의 서비스 재배치를 설명하고, 2가지의 동작 시나리오를 소개한다.
2. MEC (Multi-access Edge Computing)
2014년 ETSI (European Telecommunications Standards Institute)의 주도로 5G 네트워크의 URLLC 서비스를 위한 MEC 표준화 작업이 진행되고 있다. 5G KPI(Key Performance Indicators)를 충족하기 위한 핵심 기술로 인식되고 있는 MEC는 서비스를 제공하는 컴퓨팅 기기가 인터넷에 연결된 클라우드와 같은 데이터 센터가 아닌 네트워크 종단(Edge)에서 배치되는 것을 의미한다. 이러한 엣지 네트워크로의 컴퓨팅 기기 설치는 기존 네트워크 아키텍처에서 존재하지 않았단 새로운 네트워크 계층인 엣지 네트워크를 도입한것이다. 엣지 네트워크는 RAN (Radio Access Network)과 코어 네트워크 사이에 존재한다. 사용자는 RAN 내에서 이동하며, 엣지 네트워크 내에 있는 MEC 컴포넌트로부터 서비스를 제공받는다. [그림 1]은 5G 네트워크 상의 엣지 네트워크와 MEC 서비스를 나타낸다.
[그림 1] 5G 네트워크 상의 엣지 네트워크와 MEC 서비스
MEC는 데이터센터의 클라우드을 이용한 중앙화된 서비스 제공보다는 분산된 형태의 서비스를 지향한다. 다시 말해, 코어망 너머로 존재하던 클라우드를 RAN 내에 분산해 배치하는 행태를 띈다. 이러한 특징으로 인해 사용자에게 지역 단위로 서비스가 가능해지며, 물리적으로도 가까운 거리에서 서비스 제공이 가능해진다.
MEC 네트워크 구성 및 관리는 SDN(Software Defined Network)와 NFV(Network Functions Virtualization) 등의 네트워크 가상화 기술을 기반으로 하며, 컨테이너 관리를 위해 쿠버네틱스와 같은 관리 시스템을 사용한다.
3. 5G MEC에서의 서비스 재배치
5G MEC의 핵심 기능 중 하나는 서비스 재배치이다. 개인을 위한 서비스가 보편화 되고 사용자에 따라 다른 요구사항을 만족시키기 위해서라도 사용자가 사용하던 서비스를 계속적으로 제공해야 한다. 특히, 자율주행 서비스와 같이 이동중에 특정한 서비스를 끊김 없이 제공 받기 위해서는 서비스 재배치(다시 말해, 사용자의 이동에 따라 서비스를 제공하는 애플리케이션의 재배치)가 요구된다.
서비스 재배치란 엣지 클라우드 내의 서비스를 사용 받고 있던 사용자가 이동함에 따라 ME App(Application)도 함께 이동시켜주는 것이다. 이동 시, 재배치될 MEC 서버를 선택하고 서비스에 대한 애플리케이션 이동을 처리해줘야 한다. 예를 들어, 기존 LTE 네트워크에서는 사용자가 이동함에 따라 기존 셀에서 다른 셀로 핸드오버를 수행해주고 있다. 하지만 5G MEC에서는 사용자의 핸드오버에 따른 서비스 재배치가 추가적으로 요구된다.
4. 핸드오버에 따른 서비스 재배치 시나리오
[그림 2]는 사용자의 이동단말기(UE)가 핸드오버를 수행함에 따라 요구되는 서비스 재배치를 나타낸다. 이동단말기가 Zone 1 에서 ME App 2 서비스를 사용하고 있다가, Zone 2 로 이동하면 ME App 2 서비스가 재배치 되어야 한다.
[그림 2] 5G 네트워크에서의 서비스 재배치
4.1. Pro-active 서비스 재배치
서비스 재배치에서의 Pro-active 한 경우는 사용자의 이동단말기가 이동하는 경로를 예측한 경우(다시 말해, 새롭게 이동하게 되는 Zone 의 위치를 미리 아는 경우)에 사용 될 수 있는 기법이다. 이 경우 사용자가 실제 핸드오버를 수행하기 전 이동할 타겟 ME Host (즉, [그림 2]에서의 ME Host 2)에 필요한 서비스 구동 작업을 미리 수행한다. 핸드오버를 한 직후, 서비스 종료 직전에 서버의 메모리 데이터 등 상대적으로 작은 데이터들이 타겟 ME Host로 전송된다. 전송되는 데이터가 적어지고 미리 동기화한 데이터의 양이 많기에 서비스 다운타임이 적게 된다.
4.2. Re-active 서비스 재배치
Re-active 한 경우는 사용자의 이동단말기가 이동하는 경로를 미리 예측하기 힘든 경우 새롭게 이동하게 되는 Zone 으로 이동단말기가 이동하고 나서 핸드오버를 수행하는 기법이다. 즉, 사용자가 이동할 ME Host의 정보를 미리 알 수 없기에 핸드오버를 수행하기 전에 미리 서비스 재배치에 관련 된 작업을 수행하지는 못한다. 따라서 본 기법에는 실제 사용자가 핸드오버를 수행한 이후에 서비스에 대한 데이터를 타겟 ME Host에 전송해야 한다. 전송되는 데이터가 Pro-active 한 경우보다 훨씬 크며 미리 동기화한 데이터가 없어 서비스를 구동하는데 소요되는 시간이 길다.
5. 결론
본 기고문에서는 5G MEC 환경에서의 원활한 서비스 제공을 위한 서비스 재배치 기술개발 현황을 소개하였다. 세계최초의 5G 통신 서비스를 시작한 대한민국은 서비스 평균 속도면에서 미국의 절반 이하라고 보고 되고 있다. 최근 영국 시장조사업체 오픈시그널이 5G를 상용화한 한국, 미국, 영국, 호주의 통신사를 대상으로 평균 속도를 측정한 결과 미국의 버라이즌이 506.1Mbps로 1위를 차지하였으며, 이는 LG유플러스(238.7Mbps), SK텔레콤(220.6Mbps), KT(215.0Mbps) 등 한국 통신3사보다 두 배 이상 빠른 속도이다. 이처럼 단순한 속도 측정 결과에서도 미국에 비해 두배 이상 느린 속도를 나타내는 상황에서 MEC 서비스 재배치 기술은 고신뢰/초저지연 서비스를 사용자들이 실감 할 수 있도록 만드는 기술임에 틀림 없다.
국내에서도 기가코리아사업단의 연구지원 아래 2017년부터 ‘저지연 융합서비스를 위한 모바일 에지 컴퓨팅 플랫폼 기술 개발’ 연구가 진행되고 있으며, 세종대학교 프로토콜공학연구실은 5G MEC 환경에서의 실시간 서비스 재배치 기술개발 및 도커 컨테이너 시스템 보안에 관한 연구를 진행하고 있다.